산화환원은 자연계 전체에서 나타나는 현상으로 생명의 에너지를 만들고 유지하는 시발점이며 산화환원의 균형은 세포 신호전달, 유전자 전사, 세포사멸, 세포 노화, 전체 유기체의 노화를 조절하는 등 에너지의 생성과 생리활동의 조절에 관여.

우리가 흡입하는 산소의 90%는 미토콘드리아의 전자전달계(ETC)에서 에너지를 생성하는데 사용되고, 이 중 4~5%의 산소는 hydrogen peroxide(H2O2), superoxide(O2-), hydroxyl radical(OH-)과 같은 활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS)의 생성에 사용.

에너지 생산이나 신호전달물질로 생성된 활성산소가 충분히 제거되지 않을 경우, 산화 과정으로 인해 전자를 잃은 활성산소는 우리의 몸에 있는 단백질에서 전자를 빼내 DNA 및 세포 구성 성분을 공격하여 세포에 피해를 끼치거나 세포 사멸 등 세포 구조를 심하게 손상시킬 수 있으므로 산소를 이용하는 생물의 경우 친산화성물질 (Prooxidants)과 항산화성 물질(Antioxidants)의 균형이 필수적.

하지만 친산화성물질이 우세하게 되어 균형이 무너지게 되면 증가된 활성산소에 의하여 세포가 손상을 받게 되는데, 이 상태를 산화스트레스(Oxidative Stress)라고 함.

1954년 노벨 화학상, 1962년 노벨 평화상을 수상한 ‘기능의학’의 아버지 ‘리누스 풀링(Linus Pauling)’에 의해 주창된 ‘분자의학’을 기반으로 사람의 호흡에서 발견할 수 있는 특정 VOCs에 대한 정량화 작업이 계속 연구되어 왔으며 분석 기술이 발전함에 따라 호흡에 포함된 VOCs의 ‘바이오마커’로서의 가능성이 높아지며 이와 관련된 논문 출판물의 수가 최근 급격히 증가 추세

2004년 영국 캠브릿지에서 설립된 Owlstone Medical社가 호흡 분석을 통한 Breath Biopsy를 발표하며 호흡을 통한 비침습적 바이오마커 개발이 주목을 받고 있음

전 세계 4,800여 개가 넘는 의학 학술지를 통해 발표된 논문의 문헌 분석을 한 결과 VOCs(휘발성 유기물질) 분석이 새로운 Biomarker 역할이 가능하다는 결과 도출

사람의 호흡에서 폐암에 대한 바이오마커 역할을 할 가능성이 높은 VOCs를 조사한 50개 이상의 연구논문을 확인 후 이 결과를 체계적으로 구조화하고 분석

이를 통해 1,000여 가지가 넘는 다양한 VOCs 중 건강한 사람의 호흡과는 달리 암 환자의 호흡에서 유의미한 변화를 표출한 VOCs를 확인. 최근 대만에서 진행되었던 연구에서는 총 116개의 VOCs에서 유의미한 변화가 감지되는 것으로 나타났으며, 수년간 다수의 연구에서 공통으로 발견된 VOCs는 77개, 그리고 이 모든 연구들을 구조화 하여 분석한 결과, 폐암을 진단하는데 가장 적합하다고 판단되는 특정 VOCs를 선정